CN102732969A

CN102732969A - 晶棒表面纳米化制程及其晶圆制造方法

Info

Publication number: CN102732969A
Application number: CN2011101000683A
Authority: CN
Inventors: 钱俊逸; 李建志; 杨昆霖; 徐文庆
Original assignee: KUNSHAN ZHONGCHEN SILICON CRYSTAL CO Ltd
Current assignee: KUNSHAN ZHONGCHEN SILICON CRYSTAL CO Ltd; Kunshan Sino Silicon Technology Co Ltd
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2031-04-11
Also published as: CN102732969B

Abstract

一种晶棒表面纳米化制程，系在晶棒进行切片步骤之前，先针对晶棒之至少一表面进行一表面处理步骤，以于该表面形成一具有纳米结构之微结构层；所述之具有纳米结构之微结构层可强化晶棒表面的强度，以降低切片时的碎边率。

Description

晶棒表面纳米化制程及其晶圆制造方法

一、技术领域

本发明系有关于一种晶棒表面纳米化制程及其晶圆制造方法，尤指一种可降低切片的碎边率之晶棒表面纳米化制程及其晶圆制造方法。

二、背景技术

日常生活中所使用之信息产品、信息家电等，例如手机、计算机之主机板、微处理器、内存、数字相机、PDA等电子产品，均具有由IC半导体所组成之运算单元，而所谓的IC就是利用晶圆经过各种半导体制程所制作之具有特定电性功能之电路组件。

半导体加工制程可包含最初的长晶、进而至切片、研磨、拋光、清洗等相关步骤，其中在晶棒切割形成晶圆的过程，就直接决定出所生产之晶圆的数量，其更直接影响到半导体后段制程所产出的晶片数量，故提升晶棒切割的品质可连带增加半导体产业的经济效应。

一般硅晶圆制程中需先针对晶棒进行机械加工，例如外圆轮磨后再进行切片。然而，前述的机械加工对于脆性较高的晶棒，可能导致较高的不良率，其主要原因在于高脆性之晶棒，切片时刀具造成的应力容易造成晶棒表面的脆裂，并在晶圆边缘产生微小的裂痕，而使得后续的晶圆制程中易发生破片现象，严重影响晶圆制程的良率。

三、发明内容

本发明之目的之一，在于提供一种晶棒表面纳米化制程及其晶圆制造方法，以在晶棒进行切片之前针对晶棒表面进行改质，以于晶棒表面制作出具有纳米结构之微结构层，所述之具有纳米结构之微结构层可强化晶棒表面强度，以降低切片的碎边率。

本发明实施例系提供一种晶棒表面纳米化制程，系在晶棒进行切片步骤之前，先针对晶棒之至少一表面进行一表面处理步骤，以于该表面形成一具有纳米结构之微结构层。

本发明实施例系提供一种晶圆制造方法，包括以下步骤：成型一晶棒，该晶棒系由一初始晶棒所加工成型，该晶棒具有一黏着面；进行一表面处理步骤，以于该黏着面形成一具有纳米结构之微结构层；提供一载具，并成型一连接层于该黏着面之微结构层上，以利用该连接层将该晶棒固定于该载具上；进行一切片步骤。请注意，本发明实施例所指之“晶棒”、“初始晶棒”乃为泛指的名词，实际上针对不同结晶态样或各阶段的加工制程后，产业界会以特定的名称加以命名，然本发明可含括各种不同名称的“晶棒”、“初始晶棒”。

本发明具有以下有益的效果：本发明主要利用表面处理方法将晶棒之至少一表面进行表面改质，以于晶棒表面生成浅层的纳米结构层，该纳米结构层并不会影响晶棒表面的特性；另外，该纳米结构层可释放切片时刀具造成的应力，故可有效强化晶棒表面的机械强度，以降低切片时晶棒边角之崩角问题。

为使能更进一步了解本发明之特征及技术内容，请参阅以下有关本发明之详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

四、附图说明

图1系显示本发明之晶棒表面纳米化制程的流程图。

图2系显示本发明之晶圆制造方法的流程图。

图3-5系显示本发明之多晶棒的制程示意图。

图6-9系显示本发明之单晶棒的制程示意图。

图10系显示本发明之多晶棒(即晶棒)藉由连接层固定于载具上的示意图。

图11系显示本发明的圆棒(即另一态样之晶棒)藉由连接层固定于载具上的示意图。

主要组件符号说明：

10A 晶锭

10B 块状晶棒

10C 多晶棒

20A 粗棒

20B 单棒

20C 分段单棒

20D 圆棒

101、201 侧面

101A、201A 黏着面

11 连接层

12 载具

S101～S103、S201～S207 步骤

五、具体实施方式

本发明提出一种晶棒表面纳米化制程及其晶圆制造方法，该晶棒表面纳米化制程主要系于晶棒进行切片步骤之前，先针对晶棒之至少一表面进行一表面处理步骤，使该表面上形成一具有纳米结构之微结构层，所成型之微结构层可提供释放应力的效果，以降低晶棒进行切片步骤的碎边率(chipping ratio)，进而提高晶圆制造的良率及品质。

本发明所提出之晶棒表面纳米化制程系利用湿蚀刻方式针对晶棒表面进行表面改质的处理，使晶棒表面生成纳米结构，此纳米结构的形态类似于草状(grass-like)结构，故又可称做硅草(silicon grass)结构，或称做黑晶(black Si)现象，经过表面改质的处理后，晶棒表面在视觉上近乎呈现黑色，即代表入射光几乎被晶棒表面所吸收，因此具有极佳的抗反射率。

如图1所示，本发明之晶棒表面纳米化制程包括以下步骤：

步骤S101：制备蚀刻液。在具体实施例中，系选用氢氟酸(HF)溶液、水(即溶剂)、硝酸银(AgNO₃)溶液及过氧化氢(H₂O₂)溶液依照一预定比例进行混合。需注意的是，上述溶液的浓度可根据实际的制程进行调整；而在此实施例中，氢氟酸溶液的浓度约为49％，硝酸银溶液的浓度约为0.1M，而过氧化氢溶液的浓度约为39％。

首先，在预定温度下将浓度49％的氢氟酸溶液、浓度0.1M的硝酸银溶液、浓度39％的过氧化氢溶液及水依照一预定比例混合均匀以配制成一酸性蚀刻液。该酸性蚀刻液即可作为用以蚀刻晶棒，在本具体实施例中，氢氟酸溶液、水、硝酸银溶液及过氧化氢溶液之比例约为20∶40∶1∶4。再者，混合液可以在温度约为20℃(室温)下配制而成。

另外，在一变化实施例中，亦可选用硝酸、磷酸与溶剂等依照一预定比例均匀混合而成。

步骤S103：藉由该蚀刻液对晶棒(如硅晶棒)之表面进行表面处理，亦即操作者可以选取硅晶棒之一个或多个表面浸泡于上述酸性蚀刻液中，以于所浸泡之表面上形成前述之具有纳米结构之微结构层。在本具体实施例中，系将该硅晶棒的一个表面(即后续涂布连接层之表面)浸泡于酸性蚀刻液中，以利用化学湿式蚀刻方式进行本发明之表面处理步骤，所选取之该硅晶棒的一个表面系浸泡于上述酸性蚀刻液约30秒至5分钟，例如60秒，以于该表面形成有纳米结构，实质上，该微结构层系为一浅层结构，其约成型于该表面下数纳米至数十纳米深，故对于该表面的微米等级之表面特性而言，该微结构层并不会造成太大的影响(此部分将于后文以表面粗糙度进行说明)。

以下将本发明之晶棒表面纳米化制程应用于一晶圆制造方法，并进行相关实验以具体说明本发明之功效，其中所述之晶圆制造方法包括以下步骤(如图2)：

步骤S201：成型一晶棒。首先，请配合图3-5及图6-9，其分别系为多晶棒及单晶棒的示意图，值得说明的是，本发明所定义之「晶棒」可广泛地解释，并不特指某一制程所制作者。请先参考图3-5，图3显示利用将原料多晶硅铸造形成之晶锭10A(Ingot)，晶锭10A即为一种初始晶棒；接着，如图5所示之割锭成块的步骤，将晶碇10A切方(squaring)、切割以形成近似四方柱形之块状晶棒10B；接着，如图5所示，切方所得后进行拋光即为多晶棒10C(即本发明所称之晶棒)，其可用于制造太阳能晶圆。

又例如图6-9，先利用拉晶等方法成长一粗棒20A，其亦为前述之初始晶棒，例如本领域常见之旋转拉晶法，具体而言，可利用柴式拉晶法(Czochralskimethod，简称CZ法)，将晶种(seed crystal)浸入于石英坩埚内所形成之硅熔融液中，并使石英坩埚及晶种进行反向或同向旋转，同时向上提拉晶种，藉以利用晶种为结晶核而使硅单晶成长于晶种下方以制作出粗棒20A；又或者利用悬浮带区法(floating zone method，简称FZ法)制作一粗棒20A等等；粗棒20A经过多个加工步骤后以成型为圆棒20D(即本发明所称之晶棒)，例如，粗棒20A系先经过移除晶棒头尾；再经过外圆轮磨等加工，使长成后的粗棒20A进行轮磨，以修整粗棒20A之不规则表面与结构的变质层，使粗棒20A呈适当的圆截面及所需的外径(如图7所示之单棒20B)；再经过切割形成分段单棒20C；接着，针对前述分段单棒20C进行一圆磨(轮磨)步骤，以去除分段单棒20C之表面因切割所形成的机械损伤层或结构的变质层，而形成圆棒20D(即本发明所称之晶棒)。

如图5所示之实施例中，该多晶棒10C具有四个侧面101，操作者可选用上述四个侧面101的其中之一为一黏着面101A(如图10所示)，该黏着面101A系用于成型一连接层11，以利用该连接层11将多晶棒10C固定于一载具12上，进而进行后续的切片步骤(此步骤将于后文再于以详细说明)，且本发明所提出之晶棒表面纳米化制程即可针对前述之黏着面101A进行纳米化改质，以降低多晶棒10C进行切片步骤的碎边率。

步骤S203：进行一表面处理步骤，此步骤即为前述之晶棒表面纳米化的步骤(即S101与S103)；如同前述，先制备蚀刻液，例如先在预定温度下将浓度49％的氢氟酸溶液、浓度0.1M的硝酸银溶液、浓度39％的过氧化氢溶液及水依照一预定比例混合均匀以配制成一酸性蚀刻液，或是以硝酸、磷酸与溶剂等混合均匀以配制成另一蚀刻液；接着，将该黏着面101A浸入前述之酸性蚀刻液，使黏着面101A上形成一具有纳米结构之微结构层。

另一方面，由于黏着面101A必须成型有一连接层11，以利用该连接层11将多晶棒10C固定于载具12上，进而进行后续的切片步骤，为了避免表面处理步骤影响该黏着面的表面特性，造成黏着面101A与连接层11的接着特性不佳，本发明特将传统未经本发明表面处理步骤的晶棒(即对照例)与经本发明表面处理步骤的晶棒(即实验例1、2)进行表面粗糙度的量测，以确保表面处理之蚀刻步骤不会影响黏着面101A与连接层11的接着强度，量测结果如表一所示，其中Ra表示中心线平均粗糙度；Rmax表示最大高度粗糙度，且由表一可知，经过晶棒表面纳米化的蚀刻处理后，实验例1、2的表面粗糙度依然接近于对照例，表示本发明之晶棒表面纳米化处理不会影响黏着面101A与连接层11的接着强度。

	Ra(um)	Rmax(um)
			对照例	0.091	0.85
实验例1	0.088	0.77
			实验例2	0.117	0.92

表一

步骤S205：提供一载具12(如图10所示)，并成型一连接层11于该黏着面101A之微结构层上，以利用该连接层11将该多晶棒10C固定于该载具12上。具体而言，该黏着面101A上可涂布有黏胶材料，例如腊或树脂类的黏结剂，如环氧树脂等，以形成所述之连接层11，并利用该连接层11将多晶棒10C固定于该载具12上，该载具12可为石墨板、石墨垫片等，其可用于支撑、固定多晶棒10C，亦可避免在切片步骤时，刀具离开多晶棒10C所造成的晶棒边角、边缘的破裂、崩角现象(edge chipping)。

步骤S207：进行一切片步骤。在本具体实施例中，系采内径锯或线锯(wiresaw)等方式将多晶棒10C切割成晶圆；而在切片步骤之前，更包括结晶定位，例如利用X-ray绕射、平行光束折射等方法来决定多晶棒10C在切片机上的正确位置。

由于本发明所提出之晶棒表面纳米化制程可于黏着面101A上成型具有纳米结构之微结构层，该微结构层可以强化晶棒表面之机械强度，并释放切片时之刀具所造成的应力，藉以降低切片步骤的碎边率。在一测试的实验例中，利用本发明所提出之晶棒表面纳米化制程，可大幅降低切片之碎边率，其碎边率可降低至零；相对地，传统未经本发明表面处理步骤的晶棒之切片碎边率约为1.5％至2.0％，显见本发明之晶棒表面纳米化制程可有效提高晶圆制造的良率。

另一方面，如图11所示，其显示前述之圆棒20D经由连接层11而固定于该载具12上之示意图。该圆棒20D具有一侧面201，而操作者可选取侧面201的一部份为黏着面201A，并将黏着面201A进行本发明之晶棒表面纳米化制程，再利用连接层11将黏着面201A黏接固定于载具12上，以进行切片步骤；同样地，黏着面201A上具有本发明之晶棒表面纳米化制程所生成之纳米结构之微结构层，其可强化晶棒表面之机械强度，并释放切片时之刀具所造成的应力，藉以降低切片步骤的碎边率。

因此，本发明系于切片步骤之前，在晶棒的表面(如图10)或是表面的一部份(如图11)制作出具有纳米结构的微结构层，所述之纳米结构较佳地位于切片步骤中刀具之行程的结束位置，例如上述的黏着面，使切断时刀具所造成应力可被纳米结构所释放，以降低晶棒切片的碎边率。另外，所制成的纳米结构并不会影响到黏着面的粗糙度，故不会影响到黏着面与连接层的接着强度，换言之，本发明可适用于目前的晶圆制造方法，而不需调整、改变现有的制程。据此，本发明可提供一种有效降低晶棒切片时晶棒边缘、边角发生脆裂之机率，进而提高切片良率之晶棒表面纳米化制程及其晶圆制造方法。另一方面，本发明可针对每一个侧面101(如图10所示)或侧面201的全部(如图11所示)进行表面纳米化制程，即针对晶棒的全表面制作出具有纳米结构的微结构层，以同时降低切割步骤时“入刀/出刀”时的碎边率。

再者，前述实施例系以硅晶棒进行说明，然本发明可应用于其它材料之晶棒，如砷化镓晶棒等等，而所选用之蚀刻液种类亦可针对不同的晶棒而选用不同组成、不同成份比例、不同酸碱值之蚀刻液。值得说明的是，本发明亦不排除以适当的干蚀刻(如电浆蚀刻)等方法或机台进行前述之晶棒表面纳米化制程。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例，非因此局限本发明之专利范围，故举凡运用本发明说明书及图标内容所为之等效技术变化，均包含于本发明之范围内。

Claims

1.一种晶棒表面纳米化制程，系在晶棒进行切片步骤之前，先针对晶棒之至少一表面进行一表面处理步骤，以于该表面形成一具有纳米结构之微结构层。

2.如权利要求1所述之晶棒表面纳米化制程，其中该表面处理步骤系针对该表面进行湿蚀刻。

3.如权利要求2所述之晶棒表面纳米化制程，其中该表面处理步骤系将该表面浸入至少由氢氟酸溶液、硝酸银溶液、过氧化氢溶液及溶剂依照一预定比例混合所得之酸性蚀刻液。

4.如权利要求3所述之晶棒表面纳米化制程，其中该酸性蚀刻液中之该氢氟酸溶液、该溶剂、该硝酸银溶液及该过氧化氢溶液之比例为20∶40∶1∶4。

5.如权利要求2所述之晶棒表面纳米化制程，其中该表面处理步骤系将该表面浸入至少由硝酸、磷酸与溶剂混合所得之蚀刻液。

6.如权利要求1所述之晶棒，其制造晶圆的方法包括以下步骤：

成型一晶棒，该晶棒系由一初始晶棒所加工成型，该晶棒具有一黏着面；

进行一表面处理步骤，以于该黏着面形成一具有纳米结构之微结构层；

提供一载具，并成型一连接层于该黏着面之微结构层上，以利用该连接层将该晶棒固定于该载具上；

进行一切片步骤。

7.如权利要求6所述之晶圆制造方法，其中该表面处理步骤系针对该黏着面进行湿蚀刻。

8.如权利要求7所述之晶圆制造方法，其中该表面处理步骤系将该黏着面浸入至少由氢氟酸溶液、硝酸银溶液、过氧化氢溶液及溶剂依照一预定比例混合所得之酸性蚀刻液；或者该表面处理步骤系将该黏着面浸入至少由硝酸、磷酸与溶剂混合所得之蚀刻液。

9.如权利要求8所述之晶圆制造方法，其中该酸性蚀刻液中之该氢氟酸溶液、该溶剂、该硝酸银溶液及该过氧化氢溶液之比例为20∶40∶1∶4。

10.如权利要求6所述之晶圆制造方法，其中在进行一表面处理步骤的步骤中，更包括一将该晶棒的全表面制作出该具有纳米结构的微结构层之步骤。